[发明专利]一种远动RTU及信道检测系统设计方法

权利要求书

1.一种远动RTU及信道检测系统设计方法，其特征在于：所述的远动RTU及信道检测系统设计方法的方案确定：

确认RTU及信道监测系统的结构应为集散控制系统，即每个变电站各安装一台前端机；电力调度中心用一台工业控制计算机进行集中管理控制；有下面四种通信方式可供采用：

[1]仍利用变电站原有的通信信道，即光缆或电缆等方式；

[2]利用电话通信网络；

[3]采用无线集群通信网络；

[4]利用GSM公众无线移动通信网络；

上述通信方式中，第一种方式对RTU及通道一般故障可进行有效判断，但对RTU及通道同时故障或通道误码率高则无法判断，但比较实用、成本低且没有维护费用；

第二种方式是一种可用的方式，但仍然是一种有线的传输方式，如果出现外力破坏和自然灾害造成电话线中断，同样会使系统无法正常工作；

第三种，采用无线集群通信方式可以克服前两种方式的缺点，但需要建立通信基站，其通信距离受到发射功率的限制，建站费用高并涉及申请频点等工作，而且需花费很大精力对通信系统进行维护；

第四种通信方式是建立在GSM公众无线移动通信网络基础上的通信方式，无需网络维护，可进行语音、数据和短消息等通信；这种通讯方式具有使用费用低，通信距离不受限制，通信效果稳定，数据传输可靠等特点；通过方案比较，只有将第一种方式和第四种通信方式分别进行研制，才能适合不同用户的需求；

系统结构及工作原理：

利用远动通道本身实现故障检测系统结构，安装在RTU端，始终监听RTU的收通道，当收通道信号正常时，此装置处于监听状态，不影响RTU的正常通信；当收通道信号无载频时，信号电平低于-40DB，此装置甩开RTU发通道，并将RTU状态利用CDT规约上发调度端；此装置可采集8路RTU的状态量和8路模拟量（0-30V），并具有两路遥控；

利用GSM通信实现故障监测系统结构：整个系统由三大部分组成：即安装于各变电站现场的前端机部分、后台监控中心系统和GSM无线公众通信系统；

前端机完成对变电站各种遥测信号、遥信信号和载频信号的采集；当出现异常情况时通过GSM无线通信系统，将相关数据上传至后台监控中心，也可以接收由监控中心传来的各种指令和数据并进行相关操作；

后台监控中心接收由前端机上传的现场数据，并可实现声光报警；可随时调取前端机工作状态和载频信道数据，向前端机发送各种操作命令，下载相关数据；

本系统主要应用了GSM系统的CSD数据通信方式实现现场主控单元与监控中心的双向数据通信；并将报警息利用SIM短消息方式传输至管理人员手机中；

由于采用GSM的CSD数据方式和SIM短消息数据通信方式，因而本系统具有实时性强，自动数据处理功能完善，传输速度快，抗干扰能力强，兼容性好等特点；

利用远动通道本身实现故障检测设计原理：采用INTEL公司的N80C196KB16位单片机，通道管理部分利用AM7910芯片来检测通道的好坏，利用一个继电器实现通道的切换；数据采集部分完成YC和YX数据的采集；遥控执行部分可直接作用于RTU的交、直流电源或复位电路；数据接口部分可与RTU或其它装置接口，实现互相监视；面板显示部分可显示RTU的工作状态、通道状态、YX状态等；

利用GSM通信实现故障检测前端机硬件及软件设计原理：为了满足前述技术要求，确定前端机的结构：前端机主要以单片微处理器C8051F020为核心，在单片微处理器外围扩展了两个载频接口，一个八输入端口12位的遥测信号接口，一个八输入端口的遥信输入接口；两个遥控开关输出端口，一个RS-232串行通信接口以及状态指示灯阵列；

单片微处理器C8051F020是一款完全集成的混合信号系统级芯片，与8051指令集完全兼容；C8051F020是一款真正独立工作的片上系统，将C8051F020用于RTU及信道监测系统，可大量减少外围器件，充分发挥F020的高速度特点，大大提高了系统的集成度；

载频信道接口的功能是将载频信道数据经转换后读入单片微处理器；采用了两片FSK调制解调器芯片AM7910来实现对于上下行载频数据的转换；AM7910是一款专门用于低速串行模拟信道的FSK调制解调器芯片，其特点是支持CCITT V.21，V.23，Bell103，Bell202规约，通信速率300-2400bit/s；

由于单片微处理器C8051F020有两个串行通信接口UART，但其中之一已分配给了GSM通信模块使用；因此，上下载频两个通道只有一个串行通信接口可供使用；为满足上下载频通道的转换要求，采用了一片MCS-51系列单片机89C2051设计了一个串行／并行数据转换电路；这样一来，两个载频信道中，其中之一采用一片AM7910直接转换载频数据，并送入C8051F020的一个串行接口中；另外一个载频信道数据经AM7910转换后送入89C2051单片机的串行接口中，然后经89C2051进行预处理，并转换为并行数据，将并行载频数据送入C8051F020的并行接口中；

对于遥测信号接口，要求其输入最高电压为±30V，而C8051F020单片微处理器的片内A/D转换器最高输入电压为＋3V；对于＋30V的输入电压，采用了电阻分压衰减电路，将＋30V的输入电压降为＋3V输入；而为了测量-30V的输入电压，设计了采用运算放大器进行反相放大，将－30V的输入电压降低为＋3V输入；两种电路设计在同一电路板上，用短路跳线方法进行切换正负输入；利用片内可编程放大器和相关软件，可实现0-30V；0-15V；0-7.5V档位的自动切换，大大简化了测量工作，并且提高了测试精度；

遥信信号接口中，采用了光电耦合器将输入遥信信号与本系统隔离，减少了外界干扰对于系统的影响；

GSM通信模块：GSM通信模块采用西门子公司的工业通信模块TC35T；TC35T具有语音、数据、短消息、FAX四种传输方式；工作在GSM-900MHz和1800MHz频带范围内；工作电源8-30V；波特率为300bps-115kbps,在1200bps-115kbps为自动波特率设置；数据传送采用AT命令集；对外提供标准的RS232接口和电源接口；应用时将单片微处理器C8051F020配上标准RS232串行口芯片与TC35T的串行口用电缆直接连接，就可以使用了；

TC35T模块在使用前必须用一台电脑离线对TC35T进行初始化设置，并将设置参数存贮在TC35T中；

由于模块在数据通信模式下不再接收收其它AT指令，只能进行数据传输；因而需要使用＂+++＂命令进行数据模式到命令模式的切换；

在流程图中,CPU首先初始化；之后分别采集遥测，遥信，载频信道数据，然后根据相关原则进行故障判别；如果发现系统出现异常，则启动ＧＳＭ通信模块将故障信息发送致后台监控中心。